CN112637986B - 波导伸缩偏转调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微波加热技术领域，提供了一种波导伸缩偏转调节装置。该波导伸缩偏转调节装置包括波纹管、第一密封板、调节板、伸缩单元和偏转单元，波纹管用于套设在波导的外周；第一密封板与波纹管的第一端密封连接，波导与第一密封板滑动配合；调节板上设置有第二密封板，第二密封板与波纹管的第二端密封连接；伸缩单元包括设置在第一密封板上的伸缩装置和与伸缩装置连接的托板；偏转单元设置在托板上，用于带动调节板在托板上移动，以使波导相对于第一密封板摆动。本申请通过伸缩单元与偏转单元实现波导在真空条件下伸缩和摆动，有效调整微波发射口与真空室的相对距离与微波注入角度，达到调节微波与等离子体的耦合以及驱动效率的目的。

Description

波导伸缩偏转调节装置

技术领域

本发明涉及微波加热技术领域，具体涉及一种波导伸缩偏转调节装置。

背景技术

电子回旋共振加热系统主要由电源柜、微波波源输出柜、传输线、天线和支撑结构组成。其中传输线的主要组成部分是矩形波导，其功能是实现微波的传输，将微波沿着一定路径从波源输送到天线中。天线的主要功能是实现微波的发射，将微波发射到后续连接的真空室中，满足波与真空室内的等离子体耦合方面的要求。

为满足装置实验的需求，需要根据实验条件，改变天线与等离子体之间的距离，从而调节波与等离子体的耦合，这要求天线具有径向方向的可伸缩量，该处的径向方向指微波的传输方向。目前，通过外加波纹管并且配合第一丝杆，来实现波纹管的伸缩，将矩形波导和波纹管连接在一起，从而带动矩形波导伸缩，这种伸缩调节方式使用比较广泛，仅限于对波导管的长度进行伸缩调节，从而调节矩形波导伸入真空室的长度。

然而，在加热过程中同样要求微波注入角度在环向方向具有一定的可调区间，该处的环向方向是指垂直于微波传输的水平方向，从而改变微波驱动等离子体电流的效率，这要求天线在水平方向有一定的偏向调节功能，如何实现调节矩形波导伸入真空室长度的同时还能调节微波注入角度是需要解决的技术问题。

发明内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本发明提供了一种波导伸缩偏转调节装置。

上述波导伸缩偏转调节装置包括：

波纹管，用于套设在波导的外周，所述波导与所述波纹管的第二端密封连接；

第一密封板，设置在所述波纹管的第一端，所述第一密封板的一侧与所述波纹管的第一端密封连接，所述第一密封板的另一侧与真空室的端口连接，所述波导与所述第一密封板滑动配合；

调节板，设置在所述波纹管的第二端，所述调节板上设置有第二密封板，所述波导穿设于所述第二密封板，所述第二密封板与所述波纹管的第二端密封连接；

伸缩单元，包括设置在所述第一密封板上的伸缩装置和与所述伸缩装置连接的托板，所述伸缩装置的伸缩方向与所述波导的长度方向相适应；

偏转单元，设置在所述托板上，用于带动与所述偏转单元固定连接的所述调节板相对于所述第一密封板移动，以使所述波导相对于所述第一密封板摆动。

可选的，所述第一密封板上设有安装孔，所述安装孔内设置有限位框，所述波导与所述限位框滑动配合，所述安装孔的外周设有法兰板，所述波纹管的第一端与所述法兰板密封连接。

可选的，所述安装孔内沿着所述调节板相对于所述第一密封板的移动方向设有两个轴托，所述限位框活动设置在两个所述轴托之间。

可选的，所述伸缩装置包括：

安装座，设置在所述第一密封板的侧壁上；

第一丝杆，其设置方向与所述波导的长度方向相适应，且所述第一丝杆转动设置在所述安装座上；

第一驱动座，与所述第一丝杆螺纹配合；

连接片，设置在所述第一驱动座上，所述连接片与所述托板连接。

可选的，所述伸缩单元还包括设置在所述伸缩装置两侧的导向装置，每个所述导向装置均包括设置在所述第一密封板的侧壁上的导向座，所述导向座上设有第一光杆，所述第一光杆与所述第一丝杆的设置方向相同，所述第一光杆上滑动设有第一滑块，所述第一滑块与所述连接片连接。

可选的，所述托板平行于所述第一密封板所在平面，所述偏转单元包括转动设置在所述托板上的第二丝杆，所述第二丝杆的设置方向与所述波导的摆动方向相同，所述第二丝杆的外周设有与其螺纹配合的第二驱动座，所述调节板与所述第二驱动座连接。

可选的，所述偏转单元还包括设置在所述托板上的第二光杆，所述第二光杆与所述第二丝杆的设置方向相同，所述第二光杆上滑动设有第二滑块，所述第二滑块与所述调节板连接。

可选的，所述伸缩装置的伸缩方向与所述调节板的移动方向相互垂直。

可选的，所述伸缩装置的伸缩方向与所述调节板的移动方向之间具有设定夹角。

可选的，所述伸缩单元为两个，两个所述伸缩单元沿着所述波纹管的中心线对称设置。

本申请提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本申请通过伸缩单元与偏转单元之间的相互配合实现波导在真空条件下的伸缩和摆动，有效调整微波发射口与真空室的相对距离与微波注入角度，达到调节微波与等离子体的耦合以及驱动效率的目的，为微波输入的调节测试提供了便利。

附图说明

图1是本发明一实施方式中波导伸缩偏转调节装置的示意图；

图2是本发明一实施方式中第一密封板的主视图；

图3是本发明一实施方式中限位框与轴托连接方式的主视图；

图4是本发明一实施方式中限位框与轴托连接方式的示意图；

图5是本发明一实施方式中伸缩单元的示意图；

图6是本发明一实施方式中伸缩装置的示意图；

图7是本发明一实施方式中导向装置的示意图；

图8是本发明一实施方式中偏转单元与调节板连接的示意图；

图9是本发明一实施方式中第二丝杆与第二驱动座连接的示意图；

图10是本发明一实施方式中第二光杆与第二滑块连接的示意图；

图11是本发明一实施方式中波导的示意图；

图12是本发明一实施方式中波纹管的示意图。

附图标记：

1、第一密封板；11、安装孔；12、限位框；13、法兰板；14、轴托；2、波纹管；21、变径板；3、伸缩单元；31、托板；32、安装座；33、第一丝杆；34、第一驱动座；35、连接片；36、导向座；37、第一光杆；38、第一滑块；4、偏转单元；41、第二丝杆；42、第二驱动座；43、第二光杆；44、第二滑块；5、波导；51、喇叭天线；52、密封法兰；53、波纹管密封法兰；6、调节板；61、第二密封板；62、支撑座。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本申请实施例提供的波导伸缩偏转调节装置包括波纹管、第一密封板1、调节板6、伸缩单元3和偏转单元4。

波纹管2用于套设在波导5的外周，波导5与波纹管2的第二端密封连接。第一密封板1设置在波纹管2的第一端，第一密封板1的一侧与波纹管2的第一端密封连接，第一密封板1的另一侧用于与真空室的端口连接，使得波导5的第一端伸入真空室，并朝向真空室发射微波，同时通过第一密封板1起到密封真空室的作用。调节板6优选为异形板，其形状可根据实际需求进行设计，以减少材料，节省成本。波导5与第一密封板1滑动配合，使得波导5能够相对于第一密封板1滑动，便于波导5的位置的调节。

调节板6设置在波纹管2的第二端，由于整个装置需将波导5接入真空室内，要求所有接口部位均保持密封，因此在调节板6上设置第二密封板61，通过偏转单元4带动调节板6和第二密封板61同步移动，波导5穿设于第二密封板61，且波导5的第二端与第二密封板61密封连接，第二密封板61与波纹管2的第二端密封连接。具体地，波导5靠近其第二端的位置处设置有波纹管密封法兰53，波导5的第二端通过波纹管密封法兰53与波纹管2的第二端密封连接，然后波纹管2的第二端与第二密封板61密封连接。通过第二密封板61密封波纹管2的第二端，保证接口位置的密封，进而保证真空室的密封性能，同时能够使得第二密封板61可随着波导5的偏转而摆动。相应的，调节板6上设有可供波导5穿过的通孔，且通孔的面积应大于波导5的截面积，为波导5的摆动提供空间。

结合图1、图5和图8所示，伸缩单元3包括设置在第一密封板1上的伸缩装置和与伸缩装置连接的托板31，其中，托板31上设置有偏转单元4，偏转单元4与调节板6连接，且伸缩装置的伸缩方向与波导5的长度方向相适应。该处的相适应是指可通过伸缩装置的伸缩带动波导5沿着其长度方向移动，其中，伸缩装置的伸缩方向可与波导5的长度方向相同，或者两者之间存在一定的偏角。偏转单元4设置在托板31上，用于带动与偏转单元4固定连接的调节板6相对于第一密封板1移动，以使波导5相对于第一密封板1摆动，进而实现波导5的摆动。

上述的波纹管2的第一端是指波纹管2与第一密封板1连接的一端，波纹管2的第二端是指波纹管2与第二密封板61连接的一端。同时，为了便于描述，将与波纹管2的第一端设置方向相同的端部称之为第一端，将与波纹管2的第二端设置方向相同的端部称之为第二端。

本申请通过第一密封板1封闭真空室，由于第一密封板1与波导5之间存在间隙，因此为了避免外界气体进入真空室，在第一密封板1上设置波纹管2，真空室与波纹管2通过上述间隙连通，并将波纹管2的第二端与第二密封板61连接，确保真空室与波纹管2之间形成封闭空间，进而确保真空室的密封性能。

如图1所示，使用时，由于波导5是刚性组件，其摆动中心在第一密封板1上，当偏转单元4带动调节板6在托板31上移动时，调节板6通过第二密封板61带动波导5的第二端移动，进而使得波导5的第一端同步发生摆动，此时波纹管2朝向偏转单元4的移动方向弯曲。由于波导5与第二密封板61固定连接，移动过程中，波导5的长度方向与其初始的长度方向存在一定的夹角，因此，波导5带动第二密封板61沿着波导5的偏转方向摆动。当伸缩装置带动托板31移动时，托板31通过偏转单元4带动调节板6移动，进而带动波导5移动，此时，波纹管2随着波导5的移动收缩或伸长，完成波导5在其长度方向上的调节。

本申请通过伸缩单元3与偏转单元4之间的相互配合实现波导5在真空条件下的伸缩和摆动，有效调整微波发射口与真空室的相对距离与微波注入角度，达到调节微波与等离子体的耦合以及驱动效率的目的，为微波输入的调节测试提供了便利。

结合图2、图3和图4所示，在一些实施例中，第一密封板1上设有安装孔11，安装孔11内设置有限位框12，波导5与限位框12滑动配合。如图4所示，限位框12在波导5的长度方向上具有一定的厚度，为波导5的移动提供轨道。如图2所示，安装孔11的外周设有法兰板13，波纹管2的第一端部与法兰板13密封连接，法兰板13确保波纹管5与第一密封板1之间连接的密封性。具体地，如图3所示，安装孔11内沿着调节板6相对于第一密封板1的移动方向设有两个轴托14，两个轴托14间隔设置，限位框12活动设置在两个轴托14之间，安装孔11的形状可根据轴托14和限位框12的尺寸以及设置位置进行选择。进一步优化地，如图3所示，将轴托14安装在第一密封板1上需要安装螺纹孔，考虑到位置局限，攻螺纹孔困难，故在轴托14上设置通孔，第一密封板1与通孔相对应的位置上设有开槽，开槽内焊接设有螺母，该处的相对应是指轴托14位置确认后，通孔与螺母连通。安装时，将螺栓穿过通孔旋拧在螺母上，增加安装的便利性。

在另一些实施例中，也可在波导5相对应的两侧沿着波导5的长度方向上开设滑槽，在安装孔11上与滑槽相对应的位置设置转轴，转轴与滑槽之间相对滑动。在调节波导5伸出长度时，通过滑槽和转轴限制波导5滑动的方向，在调节波导5的角度时，波导5围绕着转轴摆动。

结合图5和图6所示，本申请的伸缩装置包括安装座32、第一丝杆33、第一驱动座34以及连接片35。安装座32设置在第一密封板1的侧壁上，具体地，安装座32设置在法兰板13的外侧，且安装座32与托板31相对设置，第一丝杆33转动设置在安装座32上，第一丝杆33的设置方向与波导5的长度方向相适应。该处的相适应是指可通过第一丝杆33的转动带动第一驱动座34和连接片35沿着波导5的长度方向移动，进而通过调节板6带动波导5移动，其中，第一丝杆33的设置方向可与波导5的长度方向相同，或者两者之间存在一定的偏角。优选的，第一丝杆33的设置方向与波导5的长度方向相同。第一驱动座34与第一丝杆33螺纹配合，连接片35与第一驱动座34连接，且连接片35与安装座32平行，托板31与连接片35之间垂直设置，偏转单元4设置在托板31上，该种设置方式结构简单，占用空间小。具体地，第一丝杆33的第二端伸出安装座32，且第一丝杆33的伸出端设有螺母，使用时，通过外力旋拧螺母，进而带动第一丝杆33转动，通过第一丝杆33的转动带动第一驱动座34沿着第一丝杆33的长度方向移动，进而通过连接片35带动托板31和偏转单元4沿着第一丝杆33的长度方向移动，进而通过调节板6和第二密封板61带动波导5移动。也可在安装座32上设置驱动电机，通过驱动电机的转动带动第一丝杆33转动，但由于驱动电机的转速过大，因此，需增加减速器。

在一些实施例中，伸缩装置也可采用电动推杆，即将电动推杆的电机安装在第一密封板1的侧壁上，电动推杆的输出轴连接在托板31上，通过电动推杆的伸缩带动托板31移动。

进一步优化地，结合图5和图7所示，伸缩单元3还包括设置在伸缩装置两侧的导向装置，每个导向装置均包括设置在第一密封板1的侧壁上的导向座36，导向座36上设有第一光杆37，第一光杆37与第一丝杆33的设置方向相同，第一光杆37上滑动设有第一滑块38，第一滑块38与连接片35连接，通过第一光杆37限制第一滑块38的移动方向，进而为连接片35的移动起到导向作用。优选地，每个第一光杆37上的第一滑块38为两个，增加导向效果。

进一步优化地，结合图1和图5所示，伸缩单元3为两个，两个伸缩单元3沿着波纹管2的中心线对称设置，增加调节的稳定性。具体地，两个伸缩单元3均包括伸缩装置和与伸缩装置连接的托板31以及对称设置在伸缩装置两侧的导向装置，两个托板31上均设有偏转单元4，两个偏转单元4均与调节板6连接，通过两个伸缩装置同步驱动调节板6移动，确保调节过程的平稳性。

结合图8和图9所示，托板31平行于第一密封板1的所在平面，本申请的偏转单元4包括转动设置在托板31上的第二丝杆41，第二丝杆41的设置方向与第一丝杆33的延伸方向垂直，波导5的摆动方向与第二丝杆41的设置方向相同，第二丝杆41的外周设有与其螺纹配合的第二驱动座42，调节板6与第二驱动座42连接。托板31沿着垂直于第一丝杆33的延伸方向的方向设置，便于第二丝杆41的安装。具体地，托板31上设有用于安装第二丝杆41的安装底座，第二丝杆41的一端伸出安装底座，且第二丝杆41的伸出端设有螺母，使用时，通过外力旋拧螺母，进而带动第二丝杆41转动，通过第二丝杆41的转动带动第二驱动座42沿着第二丝杆41的长度方向移动，进而带动调节板6移动。也可在安装底座上设置驱动电机，通过驱动电机的转动带动第二丝杆41转动，但由于驱动电机的转速过大，因此，需增加减速器。

进一步优化地，结合图8和图10所示，偏转单元4还包括设置在托板31上的第二光杆43，第二光杆43与第二丝杆41的设置方向相同，第二光杆43上滑动设有第二滑块44，第二滑块44与调节板6连接。通过第二光杆43限制第二滑块44的移动方向，进而为调节板6的移动起到导向作用，增加调节过程的流畅性。优选地，每个第二光杆43上的第二滑块44为两个，增加导向效果。

在一些实施例中，伸缩装置的伸缩方向与调节板6的移动方向相互垂直，且由于调节板6的设置方向与第一密封板1所在平面相互平行，因此，伸缩装置的伸缩方向与第一密封板1所在平面相互垂直，第一丝杆33垂直设置在第一密封板1上。使用时，通过伸缩装置调节波导5在其长度方向上的位置，通过偏转单元调节波导5第一端的偏转角度。

在另一些实施例中，伸缩装置的伸缩方向与调节板6的移动方向之间具有设定夹角。即使用时，伸缩装置带动托板31沿着其伸缩方向移动，此时，托板31在波导5的长度方向以及托板31的长度方向上均有位移，且由于第二丝杆41与第二驱动座42之间存在自锁现象，调节板6跟随着托板31移动，进而带动波导5的第二端摆动，由于波导5的旋转中心在第一密封板1上，因此，波导5的第一端也随着摆动，完成波导5的调节。且由于波导5的伸缩距离与摆动角度存在一定的函数关系，因此可通过改变伸缩装置的伸缩方向与调节板6的移动方向之间的夹角，得到不同的函数关系，以此满足使用需求。且在伸缩装置运动到位后，可再通过偏转单元4调整波导5摆动的角度。

如图8所示，调节板6沿竖直方向间隔设有两个支撑座62，第二密封板61转动设置在两个支撑座62之间，增加第二密封板61安装的便利性。

本申请的波纹管2的作用主要是在保证真空的情况下具有弹性伸缩量。因此，在波纹管2的第一端和第二端均设置法兰，通过设置在波纹管2的第一端的法兰与第一密封板1上的法兰板13连接，通过设置在波纹管2的第二端的法兰与第二密封板61连接，保证真空密封。进一步优化地，如图12所示，由于波纹管2的安装空间比较狭小，因此采用变径的方式，在波纹管2的第二端设置变径板21，将法兰设置在变径板21上，用于与第二密封板61连接。

如图11所示，本申请的波导5优选为矩形波导，矩形波导的第一端设有喇叭天线51，矩形波导的第二端设有密封法兰52，密封法兰52用于与后续设备连接，密封法兰52与波纹管密封法兰53间隔设置，避免影响波纹管2的第二端的法兰与波纹管密封法兰53以及波纹管密封法兰53和第二密封板61之间的连接。喇叭天线51是由逐渐张开的波导5形成，逐渐张开的过渡段既可以保证波导5与空间的良好匹配，又可以获得较大的口径尺寸，以提高辐射的方向性。

优选地，本申请的第一密封板1和第二密封板61为法兰组件，增加密封效果，确保真空室内的真空状态。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种波导伸缩偏转调节装置，其特征在于，包括：

波纹管，用于套设在波导的外周，所述波导与所述波纹管的第二端密封连接；

第一密封板，设置在所述波纹管的第一端，所述第一密封板的一侧与所述波纹管的第一端密封连接，所述第一密封板的另一侧与真空室的端口连接，所述波导与所述第一密封板滑动配合；

调节板，设置在所述波纹管的第二端，所述调节板上设置有第二密封板，所述波导穿设于所述第二密封板，所述波导与所述第二密封板密封固定连接，所述第二密封板与所述波纹管的第二端密封连接；

伸缩单元，包括设置在所述第一密封板上的伸缩装置和与所述伸缩装置连接的托板，所述伸缩装置的伸缩方向与所述波导的长度方向相同，或者两者之间存在设定偏角；

偏转单元，设置在所述托板上，用于带动与所述偏转单元固定连接的所述调节板相对于所述第一密封板移动，以使所述波导相对于所述第一密封板摆动；

所述托板平行于所述第一密封板所在平面，所述偏转单元包括转动设置在所述托板上的第二丝杆，所述第二丝杆的设置方向与所述波导的摆动方向相同，所述第二丝杆的外周设有与其螺纹配合的第二驱动座，所述调节板与所述第二驱动座连接。

2.根据权利要求1所述的波导伸缩偏转调节装置，其特征在于，所述第一密封板上设有安装孔，所述安装孔内设置有限位框，所述波导与所述限位框滑动配合，所述安装孔的外周设有法兰板，所述波纹管的第一端与所述法兰板密封连接。

3.根据权利要求2所述的波导伸缩偏转调节装置，其特征在于，所述安装孔内沿着所述调节板相对于所述第一密封板的移动方向设有两个轴托，所述限位框活动设置在两个所述轴托之间。

4.根据权利要求1所述的波导伸缩偏转调节装置，其特征在于，所述伸缩装置包括：

安装座，设置在所述第一密封板的侧壁上；

第一丝杆，其设置方向与所述波导的长度方向相同，或者两者之间存在设定偏角，且所述第一丝杆转动设置在所述安装座上；

第一驱动座，与所述第一丝杆螺纹配合；

连接片，设置在所述第一驱动座上，所述连接片与所述托板连接。

5.根据权利要求4所述的波导伸缩偏转调节装置，其特征在于，所述伸缩单元还包括设置在所述伸缩装置两侧的导向装置，每个所述导向装置均包括设置在所述第一密封板的侧壁上的导向座，所述导向座上设有第一光杆，所述第一光杆与所述第一丝杆的设置方向相同，所述第一光杆上滑动设有第一滑块，所述第一滑块与所述连接片连接。

6.根据权利要求1所述的波导伸缩偏转调节装置，其特征在于，所述偏转单元还包括设置在所述托板上的第二光杆，所述第二光杆与所述第二丝杆的设置方向相同，所述第二光杆上滑动设有第二滑块，所述第二滑块与所述调节板连接。

7.根据权利要求1所述的波导伸缩偏转调节装置，其特征在于，所述伸缩装置的伸缩方向与所述调节板的移动方向相互垂直。

8.根据权利要求1所述的波导伸缩偏转调节装置，其特征在于，所述伸缩装置的伸缩方向与所述调节板的移动方向之间具有设定夹角。

9.根据权利要求1所述的波导伸缩偏转调节装置，其特征在于，所述伸缩单元为两个，两个所述伸缩单元沿着所述波纹管的中心线对称设置。

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